Poluição Atmosférica - Apostilas - Quimica Industrial, Notas de estudo de Química. Universidade Federal de Minas Gerais (UFMG)
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Maraca1 de Março de 2013

Poluição Atmosférica - Apostilas - Quimica Industrial, Notas de estudo de Química. Universidade Federal de Minas Gerais (UFMG)

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Apostilas sobre as principais composições e poluentes da Atmosfera, fontes, classificação dos poluentes, composto contendo Enxofre.
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CURSO DE QUÍMICA INDUSTRIAL

ATMOSFERA

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Principais Composições e Poluentes da Atmosfera

Relatório apresentado na disciplina de Química Ambiental, do Curso de Química Industrial, como critério parcial para aprovação no semestre.

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A ATMOSFERA

A atmosfera é uma camada relativamente fina de gases e material particulado (aerossóis) que envolve a Terra. Esta camada é essencial para a vida e o funcionamento ordenado dos processos físicos e biológicos sobre a Terra. A atmosfera protege os organismos da exposição a níveis arriscados de radiação ultravioleta, contém os gases necessários para os processos vitais de respiração celular e fotossíntese e fornece a água necessária para a vida.

É formado por uma mistura de vários compostos químicos, principalmente por nitrogênio e oxigênio. Em menores quantidades é também formado por gás carbônico (CO2), gás metano (CH4), óxido nitroso (N20) e vapor d'água. Por fim, fazem parte dessa mistura, em pequenas quantidades (aproximadamente 1% do total), os gases nobres (hélio, criptônio, xenônio, argônio e neônio), além de micróbios e impurezas.

A atmosfera é constituída de cinco camadas: troposfera, estratosfera, mesosfera, termosfera e exosfera.

A troposfera é a camada mais próxima da crosta terrestre. Esta camada tem aproximadamente oitenta por cento do peso atmosférico, ou seja, é onde o ar está mais concentrado. É ao longo dos seus aproximadamente 12 km de espessura onde ocorrem quase todos os fenômenos meteorológicos.

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A estratosfera aparece uma grande concentração de ozônio, um composto formado por átomos de oxigênio, a conhecida camada de ozônio, que funciona como um filtro para os raios solares. Ela absorve a radiação solar ultravioleta, deixando passar apenas parte deles e protegendo a vida da Terra.

A mesosfera possui uma camada de aproximadamente 50km de espessura. Sua temperatura é extremamente fria, pois não há gases ou nuvens capazes de absorver a energia solar. Nesta camada ocorre o fenômeno da aeroluminescência.

A ionosfera possui uma grande quantidade de íons, átomos eletricamente carregados. Essa camada tem uma espessura de aproximadamente 470km. O ar da ionosfera é extremamente rarefeito e ainda assim oferece suficiente resistência aos meteoros, que bombardeiam diariamente a Terra, fragmentando-os.

A exosfera é a camada mais externa da atmosfera. Chega a confundir-se com o espaço cósmico. O ar existente nessa camada é tão rarefeito que os grupamentos atômicos chegam a atravessar distâncias enormes sem se chocarem.

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[pic]SEM EFEITO DA CHUVA ÁCIDA

[pic]EFEITO DA CHUVA ÁCIDA

1 Composição da Atmosfera

O termo atmosfera é utilizado para definir a atmosfera sob condições normais de temperatura e pressão compostas por substâncias em concentrações médias encontradas na atmosfera limpa, ou seja, na atmosfera que não sofreu alterações antropogênicas.

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Esta composição representa a concentração média dos gases presentes no ar sem que eles tenham sofrido alguma alteração através de fontes antropogênicas e naturais.

Considera-se poluente do ar qualquer substância presente na atmosfera em concentrações tais que possam torná-la imprópria, nociva ou ofensiva à saúde, inconveniente ao bem estar público, danoso aos materiais, à fauna e à flora, ou prejudicial à segurança, ao uso e gozo da propriedade e às atividades normais da comunidade.

A classificação dos poluentes atmosféricos é feita a partir de dois critérios: Quanto à estabilidade química do poluente e quanto ao grupo de compostos químicos a que o contaminante pertence.

2 Principais Poluentes e suas Fontes

As substâncias usualmente consideradas poluentes do ar podem ser classificadas da seguinte forma:

•Compostos de enxofre (SO2, SO3, H2S, sulfatos);

•Compostos de nitrogênio (NO, NO2, NH3, HNO3, nitratos);

•Compostos orgânicos de carbono (hidrocarbonetos, álcoois, aldeídos, cetonas,

ácidos orgânicos;

•Monóxido e dióxido de carbono;

•Compostos halogenados (HCL, HF, cloretos e fluoretos);

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•Material particulado (substâncias no estado sólido ou líquido).

As substâncias poluidoras do ar têm origem principalmente na combustão incompleta de combustíveis fósseis nos grandes centros urbanos, os quais são utilizados para os mais variados fins: transporte, aquecimento, produção industrial e produção de energia elétrica. Outras fontes de poluição do ar de significativa importância são vaporização de líquidos contaminantes, operações industriais de atrito (moagem, corte e perfuração), combustão de materiais residuários, construção civil, pátios de estocagem de materiais em grãos.As fontes de emissão de contaminantes atmosféricos podem ser classificadas em dois gr

As fontes de emissão de contaminantes atmosféricos podem ser classificadas em dois

gr

As fontes de emissão de contaminantes atmosféricos podem ser classificadas em dois grupos:

•Fontes de emissão naturais: vulcões, aerossóis marinhos, decomposição biológica marinha, decomposição biológica e outros.

• Fontes de emissão antropogênicos: motores de combustão interna, fornos industriais, geração de energia elétrica, caldeiras, refinarias de petróleo e outros.

3 Classificação dos Poluentes

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1 Composto contendo Enxofre

As fontes naturais de compostos de enxofre são a degradação biológica, as emissões vulcânicas e os oceanos. Solos ricos em enxofre constituem também uma fonte natural de H2S. As fontes antropogênicas mais importantes na geração do SO2 são a queima de combustíveis fósseis, a oxidação de minerais sulfurosos, para obtenção de Cu, Pb e Zn e os processos de refino de petróleo, indústria de celulose, estações de tratamento de esgoto. As fontes naturais de H2S são a desintegração biológica anaeróbia, os vulcões e atividade geotérmica. É o mais importante dos gases odorantes. É um gás tóxico e corrosivo. Chamado de ácido sulfídrico ou sulfeto de hidrogênio, é quimicamente reativo e altamente oxidado, sendo portanto um composto redutor. Compostos reduzidos de enxofre (Mercaptanas, metil-mercaptanas e dimetilsulfeto dentre outros compostos orgânicos contendo enxofre), são altamente odorantes, sensíveis em concentrações menores que 1ppb, sendo identificado pelo olfato humano. O SO42- é produzido a partir da oxidação do SO2 que terá como intermediário o SO3 que é um poluente secundário. O SO42- é produzido no fenômeno da chuva ácida.

Na atmosfera o enxofre encontra-se nas seguintes formas:

• COS

• CS2

• (CH3)2S, CH3SH, (CH3)2S2 (compostos reduzidos de enxofre)

• H2S

• SO2

• SO3

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• SO4-2

2 Compostos contendo Carbono

Os Compostos Orgânicos Voláteis, também chamados de COVs (compostos orgânicos voláteis) facilmente se desprendem da sua forma líquida, transformando-se em vapor. Nesta classe podem se incluir ácidos, cetonas, aldeídos, álcoois, compostos halogenados, hidrocarbonetos dentre outros, desde que sua a energia de agregação ou de interação das moléculas sejam baixas. Estas interações possuem energia baixa principalmente quando os compostos são apolares, como hidrocarbonetos e éteres. Já compostos orgânicos que apresentam polaridade como ácidos e álcoois (possuem interação de pontes de hidrogênio) têm interação intermolecular maior, entretanto ainda sim podem ser rompidas e apresentar-se como um composto volátil, desde que sua cadeia não tenha muitos carbonos. Os compostos apolares voláteis podem ter em média mais de 15 carbonos em sua estrutura, enquanto os polares devem ter menos carbonos. O aumento no tamanho da cadeia carbônica faz com que as forças intermoleculares conhecidas como Forças de London, sejam mais intensas.

O monóxido de carbono é um gás incolor e inodoro. É o poluente que aparece em menor quantidade no ar das grandes cidades. Tem origem, principalmente, na combustão do petróleo e do carvão. Seriam medidas eficientes, no combate ao problema , a regulagem de motores e, principalmente, a diminuição do número de automóveis circulantes. No sangue humano existe a hemoglobina, um pigmento que, nos pulmões, combina-se com o oxigênio e assim é transportado para as células. O monóxido de carbono pode reagir com a hemoglobina, substituindo oxigênio; tal fato que provoca a morte pôr asfixia: muitas pessoas já morreram asfixiadas em garagens fechadas com automóveis em funcionamento.

O dióxido de carbono é um gás ligeiramente tóxico, inodoro, incolor e de sabor ácido. O CO2 não é combustível nem alimenta a combustão. É 1.4 vezes mais pesado que o ar. O dióxido de carbono evapora a pressão atmosférica e -78°C. O dióxido de carbono pode interagir de forma violenta com bases fortes, especialmente em altas temperaturas. O dióxido de carbono é obtido como subproduto de algumas combustões. Entretanto, deve passar por um processo de

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purificação no qual são extraídos os restos de água, oxigênio, nitrogênio, argônio, metano e etileno, entre outros.

As principais fontes naturais de compostos de carbono são as florestas e pastagens. Já as principais fontes antropogênicas dos compostos de carbono incluem os veículos, indústria de petróleo, solventes, produção de gás natural e o carvão (Centrais termoelétricas e indústria).

Na atmosfera o carbono encontra-se nas seguintes formas:

• CO

• CO2

• COVs

• Hidrocarbonetos

• Aldeídos

• Cetonas

• Solventes clorados

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1.3.3 Compostos Contendo Nitrogênio

Os Compostos de Nitrogênio (metil-amina, etilamina) são compostos com odor pútrico, como peixe por exemplo, além de odor amoniacal. Assim como a amônia também tem propriedades básicas e podem ser neutralizadas por ácidos. Seus limites de detecção e reconhecimento são maiores dentre os compostos odorantes.

Os óxidos de nitrogênio são produzidos por fontes naturais, como os relâmpagos, a atividade microbiana no solo, a oxidação da amônia (para compostos de N em estado de oxidação elevado) e processos fotolíticos ou biológicos nos oceanos. A isto acrescentam-se fontes antropogênicas como a queima de combustíveis fósseis e de biomassa, processos químicos industriais, estações de tratamento de esgoto. Ao mesmo tempo a fim de manter um balanço global, existem sumidouros de NOx como as precipitações.

Na atmosfera o nitrogênio encontra-se nas seguintes formas:

• NO

• NO2

• N2O

• N2O3, N2O4, NO3, N2O5

• CH3COOONO2

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• NH3

• Sais de NO3- , NO2- , NH4+

• metil-amina, etilamina

3 Compostos contendo Halogênios

O Pentacloro fenol e o hexacloro cicloexano são compostos halogenados voláteis que migram para a estratosfera. Os superfluorocarbonados (FC’s) possuem mais de 2 átomos de flúor na molécula. Tem carácter insecticida. São usados como solventes industriais, aditivos, inseticidas, fungicidas.

Os CFC’s são compostos halogenados de Carbono, Cloro, Bromo de Flúor. São artificiais, e nos países industrializados no verão, o consumo de freons é maior, devido a suas propriedades refrigerantes. São usados pois o flúor tem uma tensão de vapor alta que é aproveitada pela indústria para fazer freons que são os geradores das baixas temperaturas dos sistemas de ar condicionado e maquinas lavado a seco. É utilizado também, como gás propelente para elaborar desodorantes, acondicionadores de cabelos e outros sprays. Entre as empresas que usam este elemento químico, estão os fabricantes de espuma rígida, aerossóis, geladeiras, ar condicionado e as empresas que fazem lavado a seco, entre outras.

aerossóis, geladeiras, ar condicionado e as empresas que fazem lavado a seco, entre outras aerossóis, geladeiras, ar condicionado e as empresas que fazem lavado a seco, entre outras

Na atmosfera encontra-se os halogênios das seguintes formas:

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• Halocarbonos

• Clorofluorcarbonos (CFCs)

• Hidroclorofluorcarbonos (HCFCs)

• Hidrofluorcarbonos (HFCs)

• Perhalocarbonos

• Halons

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Na atmosfera o nitrogênio encontra-se nas seguintes formas:

NOx• NO

• NO2

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NOy• N2 O

• N2O3 , N2O4 , NO3 , N2O5

• PAN (CH3COOONO2)

Outros

• NH3

• Sais de NO3- , NO2- , NH4+

• (metil-amina, etilamina)

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O termo atmosfera padrão é utilizado para definir a atmosfera sob condições normais de

temperatura e pressão compostas por substâncias em concentrações médias encontradas na

O termo atmosfera padrão é utilizado para definir a atmosfera sob condições normais de

temperatura e pressão compostas por substâncias em concentrações médias encontradas na

O termo atmosfera padrão é utilizado para definir a atmosfera sob condições normais de

temperatura e pressão compostas por substâncias em concentrações médias encontradas na

Questionário

A água de chuva já é naturalmente ácida?

Sim. O gás carbônico (CO2) atmosférico dissolve-se nas nuvens e na chuva para formar um ácido fraco: o ácido carbônico (H2CO3). Este ácido confere à chuva um pH de 5,6. Este valor de pH, resultante da contribuição de um gás naturalmente presente na atmosfera, indica que a água de chuva já é levemente ácida. Entretanto, valores de pH inferiores a 5,6 indicam frequentemente que a chuva encontra-se poluída com ácidos fortes como o ácido sulfúrico (H2SO4) e o ácido nítrico (HNO3) e, eventualmente, com outros tipos de ácidos como o clorídrico (HCl) e os ácidos orgânicos.

O que causa a deposição ácida?

A deposição ácida é causada principalmente pelas emissões de dióxido de enxofre (SO2) e dos óxidos de nitrogênio (NOx = NO e NO2), já que estes gases são as espécies formadoras de ácidos fortes mais frequentemente emitidas pela atividade antropogênica. Estes poluentes primários do ar são gerados pela queima de combustíveis fósseis - petróleo e carvão mineral - em veículos e indústrias, notadamente nas usinas termelétricas, refinarias de petróleo e indústrias siderúrgicas e, ainda, no processo de fabricação de ácido sulfúrico, ácido nítrico, celulose,

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fertilizantes e na metalurgia dos minerais não metálicos, entre outros. Uma vez liberados na atmosfera, estes gases podem ser convertidos quimicamente em poluentes secundários, como os ácidos sulfúrico e nítrico.

A chuva ácida pode ter uma causa natural?

Sim, em algumas regiões localizadas, a chuva pode ser acidificada por emissões naturais provenientes da atividade geotérmica (vulcões e fontes termais), da queima de biomassa e através de processos metabólicos em algas, fitoplâncton e em algumas plantas presentes em ambientes marinhos, costeiros e continentais. Os oceanos e os litorais formados de pântanos salgados e manguezais são fontes expressivas de liberação de compostos ácidos para a atmosfera.

E como são formados os ácidos sulfúrico e nítrico?

Estes ácidos são formados na atmosfera através da oxidação fotoquímica dos gases SO2, NO e NO2 com radicais livres (principalmente o radical hidroxila-OH·) ou através da oxidação destes gases ácidos com o peróxido de hidrogênio (H2O2), com o ozônio (O3) ou com o oxigênio dissolvido no interior das nuvens, neblinas e na chuva, neste último caso, uma reação catalisada por metais traço com o Mn2+ , Fe2+ e Fe3+.

O alcance da chuva ácida

O dióxido de enxofre e os óxidos de nitrogênio, que são os principais gases formadores da chuva ácida, podem ser transportados até cerca de 3000 km de distância, dependendo do vento, da altura das chaminés das fábricas, da freqüência das chuvas e das condições da atmosfera. A exportação das chuvas ácidas para regiões não produtoras de poluição foi a causa imediata para que o problema fosse avaliado à nível internacional. O Brasil pode estar levando chuva ácida para o Uruguai, assim como os países da Europa Ocidental exportam acidez para a remota Escandinávia.

Chuva ácida é um fenômeno recente?

Não. O termo chuva ácida foi cunhado por um químico, Robert Angus Smith, quando descrevia a poluição em Manchester, Inglaterra, há mais de um século. Entretanto, a nível mundial, a percepção da acidez da chuva só ocorreu a partir da década de 1950, quando diversos ecossistemas (lagos e florestas, principalmente) já estavam seriamente comprometidos. Esta percepção tardia deve-se ao fato de que os ambientes naturais possuem um longo tempo de resposta a agressões como a acidificação. A água e o solo possuem a capacidade de neutralizar adições de ácidos e bases, e só depois de esgotada esta capacidade é que o pH destes ambientes sofre mudanças bruscas e acentuadas.

Todas as regiões têm a mesma capacidade de neutralizar os ácidos?

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Não. Os ecossistemas terrestres e aquáticos possuem diferentes graus de sensitividade à deposição ácida. Esta vulnerabilidade depende da geologia do leito de rochas, do tipo de solo, do uso do solo e da precipitação que ocorre naquela área. Rochas como o calcário, fornecem altos níveis de alcalinidade e, portanto, uma grande capacidade para neutralizar níveis acentuados de acidez. Por outro lado, áreas sustentadas por rochas altamente silicosas como o granito, alguns gnaisses, quartzito e arenito possuem menor alcalinidade, sendo, portanto muito mais sensíveis ou vulneráveis às cargas ácidas.

O que acontece quando esta capacidade de neutralização é esgotada?

Quando o ambiente não consegue mais neutralizar a acidez que vem com a chuva, inicia-se um processo de degradação ambiental que vai desde a acidificação das águas e do solo, com sérios problemas de redução da biodiversidade e de alterações físico-químicas nestes ambientes, até a ocorrência de declínio de florestas e prejuízos à agricultura e à pesca. Além disso, a chuva ácida acelera a corrosão e desgaste de materiais e, no homem, o organismo pode ter suas funções comprometidas pelo acúmulo de metais pesados dissolvidos, trazidos pelas águas de chuva acidificadas.

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